一种加工中心ATC系统拔刀力检测装置的制作方法

本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种加工中心ATC 系统拔刀力检测装置。

背景技术：

加工中心作为数控机床领域中的高端产品在市场上广受欢迎，ATC系统是加工中心重要的组成部件之一，其可靠性水平直接影响机床整机的可靠性水平。ATC系统包括两个主要部分:刀库和换刀机械手 。刀库的主要功能是为加工中心储存加工过程中所能用到的刀具，并可以根据所设定的程序，对当前工序所用刀具进行选择和定位，以便换刀机械手进行刀具的交换;换刀机械手的作用是将刀库中的刀具在刀库和主轴之间进行传递 。

通常，机床在出厂时加工中心ATC系统刀库刀套里的锁紧弹簧和主轴内部的拉刀器都是凭借生产经验进行调整，对刀柄在刀套和主轴内的锁紧力值的测量缺乏实用有效的检测装置；另外，加工中心ATC系统刀库和自动换刀装置在长期使用过程中，经常会出现刀柄磨损、刀套松动、主轴磨损、机械手位置偏移等问题，这些情况都会导致ATC系统拔刀力和插刀力出现异常变化，从而影响加工质量、加剧刀柄磨损、ATC系统故障等，甚至造成人身伤害事故 。然而国内外目前尚无这方面的完整的检测系统。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决加工中心ATC系统刀库和自动换刀装置在长期使用过程中的现刀柄磨损、刀套松动、主轴磨损、机械手位置偏移等问题，设计了一种加工中心ATC 系统拔刀力检测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：加工中心ATC 系统拔刀力检测装置由刀柄部分和电路部分两大部分组成。

所述的刀柄以BT-50型号的刀柄为例在不改变其外形结构尺寸和功能的条件下进行改装，该刀柄包括拉钉、上部刀柄、下部刀柄和保护外壳。

所述的电路部分包括测力传感器、电池和电路板及UC600数据存储模块。

所述的测力传感器选用两端都带有螺纹柱的圆柱形电阻应变式力传感器， 加工中心刀柄向ATC系统刀库中拔出或插入刀套内时拉钉受力时间比较短，假设拉钉顶开刀套钢锁球的受力行程为10mm，机械手移动速度为1m/s，那么拉钉受力时间为0.01s即10ms。为了便于测力传感器与刀柄的拆装，测力传感器上端设计了一对带切边的凸台。

所述的ATC系统拔刀力与插刀力检测装置电路部分包括测力传感器、数据处理电路、数据存储模块、电源等。

本发明的有益效果是：研制的加工中心ATC系统拔刀力检测装置经过相关实验结果表明该检测装置结构合理、信号稳定、精度高，能够很好的检测加工中心ATC系统的拔刀力与插刀力的变化并存储，通过本文研制的加工中心ATC系统拔刀力检测装置检测加工中心ATC系统的拔刀力与插刀力的变化来为ATC 系统的故障作出预警，给加工中心ATC系统的故障诊断、故障监控和预警及性能评估提供重要的参考资料，为加工中心可靠性分析提供了重要的数据来源。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是加工中心ATC系统拔刀力检测装置的结构图。

图2是加工中心ATC系统拔刀力检测装置的剖面图(拆去保护外壳7。

图3是拔刀力检测装置电路示意图。

图4是信号放大模块电路原理图。

其中，1-拉钉，2-上部刀柄，3-测力传感器，4-下部刀柄，5-电池，6-电路板及UC600数据存储模块，7-保护外壳。

具体实施方式

如图1、2所示，刀力检测装置各部分组装好之后，手动将检测装置(也称刀柄)放入加工中心ATC系统刀库的目标空刀套内。检查刀柄，确认刀柄安装可靠后打开电路板电源开关，然后通过可靠性试验台上的工控机让ATC系统运行，令自动换刀系统进行自动换刀过程。当加工中心机械手准备从ATC系统目标刀套中拔出刀柄时，刀柄上端拉钉被钢锁球卡住。机械手拉力作用在下部刀柄上，经测力传感器传至上部刀柄，再传至拉钉，当机械手拉力达到一定大小时，钢锁球后面弹簧压缩，拉钉前端不再被钢球卡住，刀柄被机械手拔出。这个过程中，机械手的拔刀力一直作用在中部刀柄上并传递给测力传感器。测力传感器采集拔刀力信号，并在输出端输出相应电压信号。该微弱电压信号经接口进入数据处理电路，经数据处理电路上的信号放大为单片机模块中的模/ 数转换器可识别的电压信号，然后通过模数转换使该模拟电压信号转化为单片机可识别的数字信号，并被单片机模块中的单片机处理。最后单片机将处理好的信息通过串口送至UC600串口转SD卡数据存储模块，信息被写入SD卡中。同理，当加工中心机械手从ATC系统目标刀套中插刀时，插刀力信息也被写入SD卡中。按照将编写并调试好的程序写入单片机内后，电路高速地循环进行数据采集、处理和记录的过程，从而实现加工中心ATC系统拔刀力的检测和记录。当多次拔刀插刀之后，关闭电路板电源，取出SD卡，直接插入电脑中便可读取记录数据，也可用Excel或Matlab等软件对数据进行进一步作图处理，以便于更加直观地观察整个拔刀和插刀过程中拔刀力与插刀力力值的动态变化情况。

如图3所示，ATC 系统拔刀力与插刀力检测装置电路部分包括测力传感器、数据处理电路、数据存储模块、电源等。电路原理示：测力传感器测得拔刀力与插刀力力值， 经信号放大电路， 输送至型号为C8051F410单片机处进行模/ 数转换处理(由于选用的单片机集成有AD转换功能，所以不需要经过单独的AD转换元件)，并把单片机处理后的数据存储在UC600串口存储模块的SD 卡中。整个测量过程由单片机程序控制，高速循环进行，不断检测并记录力值信息。

如图4所示， 数据处理电路中包含如下部分：信号放大模块、偏置电压模块、单片机模块、程序下载接口模块、电路板接口及开关等。信号放大模块将测力传感器的微弱输出信号过滤放大，偏置电压模块为信号放大模块提供参考电压，实现经信号放大电路放大后的信号的整体偏移功能，从而被单片机模块识别并处理。程序下载接口电路为把调制好的程序下载到单片机模块中提供通道。